Teste nº1 – Vetores no plano: operações, coordenadas e retas


Teste nº1

Vetores no plano: operações, coordenadas e retas

10.º ano – Matemática A – Tema 6 (Vetores no plano e no espaço)


Grau de dificuldade do teste: Fácil

⏱ Duração: 90 minutos📝 Cotação: 200 pontos🧮 Calculadora gráfica permitida📋 15 itens cotados (6 de escolha múltipla, 9 de resposta aberta)
Fácil 142
Médio 58

Distribuição dos 200 pontos por grau de dificuldade

Instruções (como no Exame Nacional): nos itens de escolha múltipla, selecione a única opção correta. Nos itens de resposta aberta, apresente todos os cálculos e justificações necessários. Quando, para um resultado, não é pedida a aproximação, apresente o valor exato. Cada item indica o grau de dificuldade e a cotação. As cotações estão na tabela no final do teste.

1Fácil (12 pontos) Na figura, está representado o hexágono regular [ABCDEF], de centro O.
Qual dos vetores seguintes é igual ao vetor AB→?

Figura

(A) DE→

(B) OC→

(C) BC→

(D) OB→

Resolução

Dois vetores são iguais quando têm a mesma direção, o mesmo sentido e a mesma norma.

Num hexágono regular de centro O, os seis triângulos [OAB], [OBC], … são equiláteros; logo [ABCO] é um losango e os lados opostos [AB] e [OC] são paralelos e geometricamente iguais.

Os vetores AB→ e OC→ têm o mesmo sentido (ambos «sobem para a esquerda»), pelo que AB→=OC→.

DE→ tem a mesma direção e norma mas sentido contrário (é o simétrico); BC→ e OB→ têm direções diferentes.

Opção (B)

2Médio Na figura, está representado o paralelogramo [ABCD]. Sabe-se que M é o ponto médio de [BC] e que N é o ponto médio de [CD].

Figura

2.1. Fácil (14 pontos) Indique, usando as letras da figura, um vetor igual a cada uma das somas seguintes.
a) AD→+DC→    b) BA→+BC→    c) AB→+12AD→

2.2. Médio (14 pontos) Mostre que MN→=12BD→.

Resolução

2.1.

a) Pela regra do triângulo (a extremidade do primeiro vetor coincide com a origem do segundo): AD→+DC→=AC→.

b) Os vetores BA→ e BC→ têm a mesma origem; pela regra do paralelogramo, a soma é a diagonal do paralelogramo [BADC] com origem em B: BA→+BC→=BD→.

c) Como [ABCD] é um paralelogramo, AD→=BC→, logo 12AD→=12BC→=BM→ (pois M é o ponto médio de [BC]).

Assim, AB→+12AD→=AB→+BM→=AM→.

a) AC→; b) BD→; c) AM→

2.2.

Pela regra do triângulo, MN→=MC→+CN→.

Como M é o ponto médio de [BC], MC→=12BC→; como N é o ponto médio de [CD], CN→=12CD→.

Então MN→=12BC→+12CD→=12(BC→+CD→) (propriedade distributiva).

Novamente pela regra do triângulo, BC→+CD→=BD→.

Logo, MN→=12BD→, como se queria mostrar.

3Fácil (12 pontos) Sejam A, B, C e D pontos tais que AB→=−3CD→, com C≠D.
Qual das afirmações seguintes é verdadeira?

(A) Os vetores AB→ e CD→ têm o mesmo sentido.

(B) ‖AB→‖=3‖CD→‖

(C) ‖CD→‖=3‖AB→‖

(D) Os vetores AB→ e CD→ não têm a mesma direção.

Resolução

Se λ≠0, o vetor λu→ tem a mesma direção de u→, sentido igual ao de u→ se λ>0 e contrário se λ<0, e norma |λ|‖u→‖.

Com λ=−3: os vetores têm a mesma direção (exclui (D)) e sentidos contrários (exclui (A)).

A norma é ‖AB→‖=|−3|‖CD→‖=3‖CD→‖, o que exclui (C) (troca dos papéis).

Opção (B)

4Fácil (12 pontos) Num referencial o.n. do plano, considere o vetor u→(3,−4).
Qual é a norma do vetor −2u→?

(A) 5

(B) 10

(C) 14

(D) 50

Resolução

−2u→=(−6,8).

‖−2u→‖=(−6)2+82=36+64=100=10.

Em alternativa: ‖u→‖=9+16=5 e ‖−2u→‖=|−2|×5=10. (O valor 5 esquece o fator; 14 resulta de somar |−6|+|8|; 50 resulta de 2×25, esquecendo a raiz.)

Opção (B)

5Fácil (12 pontos) Num referencial o.n. xOy, considere os pontos A(−1,3) e B(2,−1).
Quais são as coordenadas do vetor AB→?

(A) (−3,4)

(B) (1,2)

(C) (3,−4)

(D) (3,2)

Resolução

As coordenadas de AB→ obtêm-se fazendo B−A (extremidade menos origem).

AB→=B−A=(2−(−1),−1−3)=(3,−4).

(A) corresponde a A−B; (B) a A+B; (D) resulta de um erro de sinal na ordenada.

Opção (C)

6Fácil Num referencial o.n. xOy, considere os pontos A(1,2), B(4,6) e C(6,1).

6.1. Fácil (14 pontos) Calcule ‖AB→‖ e determine as coordenadas do ponto P=A+2BC→.

6.2. Fácil (12 pontos) Determine as coordenadas do ponto D de modo que [ABCD] seja um paralelogramo.

Resolução

6.1.

AB→=B−A=(3,4), logo ‖AB→‖=32+42=25=5.

BC→=C−B=(6−4,1−6)=(2,−5) e 2BC→=(4,−10).

P=A+2BC→=(1+4,2−10)=(5,−8).

‖AB→‖=5 e P(5,−8)

6.2.

[ABCD] é um paralelogramo se e só se AD→=BC→, ou seja, D=A+BC→.

D=(1,2)+(2,−5)=(3,−3).

Verificação: DC→=C−D=(3,4)=AB→ e os pontos A, B, C não são colineares (AC→=(5,−1) não é colinear com (3,4)).

D(3,−3)

7Médio (16 pontos) Num referencial o.n. xOy, considere os vetores u→(2,−1), v→(−1,3) e w→(1,7).
Determine os números reais a e b tais que w→=au→+bv→.

Resolução

au→+bv→=(2a,−a)+(−b,3b)=(2a−b,−a+3b).

Igualando a w→: {2a−b=1−a+3b=7.

Da primeira equação, b=2a−1. Substituindo: −a+3(2a−1)=7⇔5a=10⇔a=2.

Então b=2×2−1=3.

Verificação: 2(2,−1)+3(−1,3)=(4−3,−2+9)=(1,7).

a=2 e b=3

8Fácil (14 pontos) Num referencial o.n. xOy, considere os pontos A(1,2), B(4,6) e P(k,14), com k∈ℝ.
Determine o valor de k para o qual os pontos A, B e P são colineares.

Resolução

Os pontos A, B e P são colineares se e só se os vetores AB→ e AP→ forem colineares.

AB→=(3,4) e AP→=(k−1,12).

Como AB→ tem coordenadas não nulas, a condição de colinearidade é k−13=124.

k−13=3⇔k−1=9⇔k=10 (de facto, AP→=3AB→).

k=10

9Fácil (12 pontos) Num referencial o.n. xOy, uma reta r tem vetor diretor v→(2,−6).
Qual é o declive da reta r?

(A) −13

(B) −3

(C) 13

(D) 3

Resolução

Se v→(v1,v2), com v1≠0, é vetor diretor de uma reta, o declive é m=v2v1.

m=−62=−3.

A opção (A) corresponde a v1v2 (quociente invertido); (C) e (D) têm erro de sinal.

Opção (B)

10Fácil (16 pontos) Num referencial o.n. xOy, considere a reta r definida por (x,y)=(2,−1)+k(4,2), k∈ℝ.
Determine a equação reduzida de r e as coordenadas dos pontos de interseção de r com os eixos coordenados.

Resolução

Um vetor diretor de r é (4,2), logo o declive é m=24=12.

A reta passa em (2,−1): y−(−1)=12(x−2)⇔y=12x−1−1⇔y=12x−2.

Interseção com o eixo Oy (x=0): y=−2, ou seja, o ponto (0,−2).

Interseção com o eixo Ox (y=0): 12x−2=0⇔x=4, ou seja, o ponto (4,0).

y=12x−2; pontos (0,−2) e (4,0)

11Médio (12 pontos) Num referencial o.n. xOy, considere a reta s de equação y=3x−1.
Qual das condições seguintes também define a reta s?

(A) (x,y)=(0,−1)+k(3,1), k∈ℝ

(B) (x,y)=(1,3)+k(1,3), k∈ℝ

(C) (x,y)=(2,5)+k(−1,−3), k∈ℝ

(D) (x,y)=(−1,0)+k(1,3), k∈ℝ

Resolução

Uma equação vetorial de s precisa de um ponto de s e de um vetor diretor com declive v2v1=3.

(A): o vetor (3,1) tem declive 13 — falha.

(B): 3×1−1=2≠3, logo (1,3)∉s — falha. (D): 3×(−1)−1=−4≠0, logo (−1,0)∉s — falha.

(C): 3×2−1=5, logo (2,5)∈s; e (−1,−3) tem declive −3−1=3.

Opção (C)

12Médio (16 pontos) Um barco parte de um porto, situado no ponto A(2,1) de um referencial o.n. xOy (unidade: quilómetro), e desloca-se em linha reta com velocidade constante. A posição do barco, t horas após a partida, é dada por

P(t)=(2,1)+t(3,4),t≥0.

No ponto F(14,17) encontra-se um farol.
O barco partiu às 9 horas. Mostre que o barco passa pelo farol, indique a que horas isso acontece e determine a distância, em quilómetros, percorrida pelo barco desde a partida até ao farol.

Resolução

O barco passa em F se existir t≥0 tal que (2+3t,1+4t)=(14,17).

2+3t=14⇔t=4 e 1+4t=17⇔t=4: as duas equações dão o mesmo valor, logo o barco passa pelo farol quando t=4.

Partiu às 9 horas, logo passa pelo farol às 9+4=13 horas.

Distância percorrida: ‖AF→‖=‖(12,16)‖=144+256=400=20 km (o barco percorre ‖(3,4)‖=5 km por hora, e 4×5=20).

Passa no farol às 13 horas, depois de percorrer 20 km.

13Fácil (12 pontos) Num referencial o.n. xOy, considere o ponto A(−2,3) e a reta r definida por (x,y)=(2,−1)+k(4,2), k∈ℝ.
Escreva uma equação vetorial da reta t que passa em A e é paralela a r, e verifique se o ponto Q(4,6) pertence a t.

Resolução

Retas paralelas têm vetores diretores colineares; podemos usar o vetor (4,2).

t: (x,y)=(−2,3)+k(4,2), k∈ℝ.

Q∈t se existir k tal que (−2+4k,3+2k)=(4,6): 4k=6⇔k=32 e 2k=3⇔k=32.

O mesmo valor de k verifica as duas equações, logo Q pertence a t.

(x,y)=(−2,3)+k(4,2), k∈ℝ; Q∈t (para k=32)

Cotações
Item12.12.23456.16.2
Cotação (pontos)1214141212121412
Dificuldade
TipoEMRARAEMEMEMRARA
Item78910111213Total
Cotação (pontos)16141216121612200
Dificuldade
TipoRARAEMRAEMRARA

EM – escolha múltipla · RA – resposta aberta · ● Fácil · ● Médio · ● Difícil

Por tipo de item

Escolha múltipla: 6 itens – 72 pontos

Resposta aberta: 9 itens – 128 pontos

Por grau de dificuldade

Fácil 11 itens – 142 pontos

Médio 4 itens – 58 pontos

Teste original elaborado no estilo do Exame Nacional de Matemática A (IAVE), de acordo com as Aprendizagens Essenciais de Matemática A do 10.º ano.

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